Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der anaeroben Entfärbung und aeroben Reinigung von Textilabwasser durch biologische Verfahren. Dazu wurde über mehrere Jahre eine Versuchskläranlage im Pilotmaßstab betrieben und die dabei gewonnenen Erkenntnisse in einer Betriebskläranlage umgesetzt. Die Pilotanlage bestand aus einer anaeroben Vorlage und einem Reaktor, der nach dem SBR-Verfahren (sequentielles biologisches Reinigungsverfahren) betrieben wurde. Das Reaktorvolumen beider Behälter betrug 1 m³. Mit dieser Anlage wurden in der Anaerobstufe farbige Abwässer und gezielt verschiedene Farbmittel entfärbt und in der anschließenden aeroben Belebung die organischen Belastungen und andere Verschmutzungen bis auf die vom Gesetzgeber geforderten Grenzwerte reduziert. Die Versuche ergaben, daß es unter anaeroben Bedingungen möglich ist, auch aerob nicht eliminierbare Färbemittel abzubauen und damit das Gesamtabwasser zu entfärben. Für die Versuche kamen nur „reale“ Abwässer zum Einsatz. Durch die umfangreichen Untersuchungen und Anpassungen an der Versuchskläranlage konnte das Verfahren für die Textilveredlung Erzgebirge technisch so weiterentwickelt werden, daß solide Bemessungsgrundlagen für die großtechnische Realisierung in Form einer Betriebskläranlage vorlagen. Das Reaktorvolumen der beiden parallel geschalteten SBR-Behälter beträgt jeweils 1200 m³. Neben der umfassenden Darstellung und Auswertung der Forschungsergebnisse und Praxiserfahrungen an der Pilotanlage in zahlreichen Abbildungen und Tabellen ist auch die Dokumentation des mehrjährigen Betriebs der Großanlage Gegenstand dieser Arbeit. Am Gesamtabwasserstrom eines Textilveredlungsbetriebes konnte die Eignung einer Kombination aus anaerober biologischer Entfärbung und aerober biologischer Reinigung nachgewiesen werden.

Purpose: Periodontitis generally initiates in the interdental area, where biofilm development is difficult to interrupt. Mechanical cleaning with interdental brushes (IDB) offers an effective method for plaque control and prevents gingivitis and periodontitis. This study aimed to determine whether mechanical cleaning with interdental brushes combined with the use of cetylpyridinium chloride (0.3% CPC) gel was more effective at plaque control compared with mechanical cleaning with interdental brushes alone. Materials and Methods: Forty individuals (30 - 70 years) with at least 20 teeth and moderate chronic periodontitis who had no experience with interdental cleaning aids were randomly assigned to a treatment group (brush + gel, n = 20) or a control group (brush, n = 20). Both groups were examined by a dentist at baseline and at 3 and 6 months for changes in interdental plaque [interproximal plaque index (API)] levels, gingival inflammation [sulcus bleeding index (SBI)], probing depth (PD), and bleeding on probing (BOP). Results: No baseline differences in age, gender, or number of teeth were observed between the two groups. During the study period, improvements in API and BOP were comparable between groups. However, improvements in SBI and PD were significantly greater in the test group than in the control group (P = 0.046 and P = 0.029, respectively). Conclusion: Mechanical interdental plaque control with interdental brushes combined with the use of CPC gel significantly improved 6-month gingival and periodontal outcomes (SBI and PD) compared with mechanical cleaning with interdental brushes alone.

Ein im Hinblick auf geringen Berechnungsaufwand entwickeltes, physikalisch-numerisches Simulationsmodell für Reinigungsvorgänge durch diffusives Auflösen oder kohäsives Trennen kleiner Verschmutzungsteilchen wird vorgestellt und validiert. Die Strömungs- berechnung auf Grundlage der Reynolds-gemittelten Navier Stokes Gleichungen (RANS) und die Berechnung des Verschmutzungstransports mittels eines instationären RANS- Ansatzes erfolgen entkoppelt. Das Verschmutzungsverhalten ist als transiente Dirichlet-Randbedingung modelliert, deren Parameter aus Laborexperimenten in einer ebenen Kanalströmung bestimmt werden. Die Validierung erfolgt für die Konfiguration eines senkrecht auftreffenden, kohärenten Flüssigkeitsstrahls für den Düsendurchmesser 1,69 mm und Drücke in der Düse zwischen 1,5 und 5 bar, d.h. Reynolds-Zahlen zwischen 17700 und 55600. Gemessen an der im Vergleich zu den Parametrierungsexperimenten um mehrere Größenordnungen höheren Wandschubspannung, der Einfachheit des Modells und der Komplexität des Testfalls wird eine sehr gute Übereinstimmung der simulierten Reinigungszeiten mit den Messwerten erreicht. Die angestrebte Skalierbarkeit sowie die Übertragbarkeit des Modells auf andere Strömungskonfigurationen sind somit gegeben.

Xylanase was purified from the crude culture of Aspergillus oryzae DSM1863 by sephadex G200 and DEAE – cellulose ion exchange chromatography. The molecular mass of the purified xylanase determined by SDS–PAGE was 21 kDa with a specific activity of 6768 U/mg towards 1% (w/v) of birch wood xylan. The optimum temperature was observed at 60°C. The enzyme was thermostable in the temperature range of 37-50°C with a high residual activity of 62-74% (650.6- 775.9 U/mg protein). / Enzyme xylanase được tinh sạch từ dịch lên men của chủng Aspergillus oryzae DSM1863 sau khi qua cột sắc ký lọc gel sephadex G200 và sắc ký trao đổi ion DEAE – cellulose. Khối lượng phân tử của enzyme xylanase tinh sạch được xác định bằng điên di đồ SDS- PAGE. Xylanase tinh sạch có kích thước là 21 kDa với hoạt tính đặc hiệu đạt 6768 U/mg sau khi được xác định với nồng độ cơ chất là 1% birch wood xylan. Nhiệt độ tối ưu để enzyme hoạt động mạnh nhất là 60°C. Enzyme xylanase khá bền nhiệt. Hoạt tính của enzyme vẫn còn duy trì 62-74% (hoạt tính đặc hiệu đạt 650.6-775.9 U/mg protein) sau khi 8 giờ ủ ở 37-50°C.

Die automatische Reinigung von Verarbeitungsmaschinen erfolgt industriell auf Basis von Erfahrungswissen oder empirisch ermittelter Daten. Ein grundsätzliches Verständnis komplexer Reinigungsprozesse würde diese momentane Praxis, die sowohl fehleranfällig ist als auch ein hohes Einsparpotential an wichtigen Ressourcen bietet, deutlich verbessern. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, durch die Untersuchung von Reinigungsvorgängen im immergierten System einen Beitrag zur Verbesserung der Ressourceneffizienz und der Prozesssicherheit automatischer Reinigungsvorgänge in Verarbeitungsmaschinen zu leisten. Ausgehend davon werden in einem ersten Schritt sowohl Kenntnisstand als auch offene Fragen im Verständnis von Reinigungsvorgängen im immergierten System identifiziert. Darauf aufbauend erfolgt die Betrachtung vorhandener industrieller sowie labortechnischer Messmethoden zur Analyse von Reinigungsvorgängen. Auf Basis dieser rechercheorientierten Arbeit wird die Arbeitshypothese aufgestellt, dass die Untersuchung der Wirkmechanismen der Reinigung im immergierten System auf der Betrachtung komplexer Strömungsgeometrien mit einem geeigneten Messsystem beruht. Die Konzeption eines solchen Messsystems sowie die Durchführung der Versuche stellen den ingenieurtechnischen Kern der vorliegenden Arbeit dar. Die Auswertung der gesammelten Erkenntnisse sowie die kritische Prüfung und Einordnung in den Stand der Forschung bilden den wissenschaftlichen Schwerpunkt. Im Ergebnis werden aus den somit gewonnenen Erkenntnissen zu den Wirkmechanismen der Reinigung Rückschlüsse auf die wissenschaftliche Weiterführung dieser Untersuchungen sowie auf die Anwendung in der industriellen Praxis gezogen.

Die Auslegung von automatischen Reinigungsprozessen in der Lebensmittelverarbeitung erfolgt überwiegend semi-empirisch und zur Gewährleistung der erforderlichen Produktsicherheit werden die Parameter Reinigungshäufigkeit, -dauer und Chemikalieneinsatz tendenziell zu hoch angesetzt. Das erweiterte Verständnis von Wirkzusammenhängen in industriellen Reinigungsprozessen würde die Auslegung verbessern und zu effizienteren Prozessen führen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, mit einer neuartigen Untersuchungsmethode Voraussetzungen zur Analyse von Reinigungsprozessen in nicht immergierten Systemen zu erarbeiten. Im Mittelpunkt der Arbeit stehen Reinigungsprozesse, die durch den direkten Aufprall eines Flüssigkeitsstrahls auf einer ebenen Oberfläche gekennzeichnet sind. Im ersten Teil der Arbeit werden sowohl der Wissensstand als auch offene Fragenstellungen zu Wirkzusammenhängen von nicht immergierten Reinigungsvorgängen herausgearbeitet. Anschließend erfolgt eine Diskussion von in der Literatur beschriebenen industriellen sowie labortechnischen Methoden zur Untersuchung von Reinigungsprozessen in nicht immergierten Systemen. Auf den Rechercheergebnissen aufbauend, wurde eine Untersuchungsmethode auf Basis der optischen Erfassung von Fluoreszenzemissionen erarbeitet, die eine direkte, orts- und zeitaufgelöste Analyse des Reinigungsverlaufs ermöglicht. Zur Überprüfung der Validität des methodischen Ansatzes wurden schwerpunktmäßig kausale Zusammenhänge zwischen Betriebsparametern des Reinigungssystems und der Reinigbarkeit genutzt.

Bei der industriellen Fertigung bestimmt die Sauberkeit von Bauteiloberflächen die Qualität aller Beschichtungs- und der meisten Folgeprozesse und beeinflusst damit direkt die Qualität (Funktionssicherheit, Optik und Haptik) des Endproduktes. Deshalb sind zur Qualitätskontrolle und -sicherung geeignete Messtechniken zur Bestimmung der Bauteilsauberkeit und Methoden der Prozessführung zu unabdingbar. In diesem Vortrag erläutert Frau Prof. Dr. Katja Mannschreck (Hochschule Heilbronn) welche Faktoren in der Fertigung die erzielbare Bauteilsauberkeit beeinflussen, mit welchen Fragen sich Anwender von Reinigungstechnik auseinandersetzen und was sich hinter dem Begriff „Sauberkeit“ grundlegend verbirgt. Darüber hinaus zeigt Frau Prof. Dr. Katja Mannschreck im Kontext industrieller Reinigungsprozesse Möglichkeiten und Methoden zur Sicherung der Prozess- und Bauteilqualität auf.

Ein im Hinblick auf geringen Berechnungsaufwand entwickeltes, physikalisch-numerisches Simulationsmodell für Reinigungsvorgänge durch diffusives Auflösen oder kohäsives Trennen kleiner Verschmutzungsteilchen wird vorgestellt und validiert. Die Strömungs- berechnung auf Grundlage der Reynolds-gemittelten Navier Stokes Gleichungen (RANS) und die Berechnung des Verschmutzungstransports mittels eines instationären RANS- Ansatzes erfolgen entkoppelt. Das Verschmutzungsverhalten ist als transiente Dirichlet-Randbedingung modelliert, deren Parameter aus Laborexperimenten in einer ebenen Kanalströmung bestimmt werden. Die Validierung erfolgt für die Konfiguration eines senkrecht auftreffenden, kohärenten Flüssigkeitsstrahls für den Düsendurchmesser 1,69 mm und Drücke in der Düse zwischen 1,5 und 5 bar, d.h. Reynolds-Zahlen zwischen 17700 und 55600. Gemessen an der im Vergleich zu den Parametrierungsexperimenten um mehrere Größenordnungen höheren Wandschubspannung, der Einfachheit des Modells und der Komplexität des Testfalls wird eine sehr gute Übereinstimmung der simulierten Reinigungszeiten mit den Messwerten erreicht. Die angestrebte Skalierbarkeit sowie die Übertragbarkeit des Modells auf andere Strömungskonfigurationen sind somit gegeben.

Die ökologische Bewertung von Prozessen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Der Betrachtungsgegenstand dieser Arbeit ist der Prozess Reinigen, der in der Oberflächentechnik breite Anwendung findet. Mit einer Systematisierung und Wertung der Bedeutung der Hauptverfahren wird sich dann auf den Prozess des wässrigen Reinigens konzentriert, der den größten Anteil der Anwendungen ausmacht. Die Analyse des Technologiefeldes ergab ein breites Spektrum möglicher Verfahrensvariationen. Dies hat zur folge, dass fast jede einzelne Reinigungsanlage auf den jeweiligen Einsatzzweck mit Hilfe der möglichen Anwendungsparameter optimiert werden kann. Ziel dabei ist es, die Anlagen ökonomisch-ökologisch optimal zu betreiben. Dieses Ziel kann durch Investitionen in bereits angebotene Umweltschutztechnologien auch mit Kostenvorteilen erreicht werden. Die in der Arbeit vorgestellten und systematisierten integrierten Umweltschutztechnologien sind geeignet, die ebenfalls dargelegten ökologischen Schwachstellen des Prozesses auszugleichen. Mit dem Einsatz dieser Technologien steigt die Komplexität der Prozessführung, so dass sich daraus Forschungsbedarf zur automatisierten Überwachung und Regelung dieses Prozesses unter Einbeziehung neuer Sensorik ergibt. Weiterhin wird die Norm DIN ISO 14031 zur Umweltleistungsbewertung vorgestellt und ein Vorschlag für potentielle prozessorientierte Umweltziele sowie entsprechende Kennzahlen unterbreitet. Die kritische Betrachtung des Reinigungsprozesses aus ökologischer Sicht hat gezeigt, dass bereits ein hohes Aktivitätsniveau bei der Forschung zu diesem Prozess zu verzeichnen ist und somit dessen Bedeutung für Wirtschaft und Umwelt unterstreicht.

Für die Reinigungseffizienz ist die Kenntnis des Wirkzusammenhangs zwischen Schmutzbeschaffenheit und Reinigungsverhalten bedeutsam, da der Reinigungsbedarf von den Schmutzeigenschaften bestimmt wird. Bisher ist jedoch unzureichend dokumentiert, worauf der Reinigungsbedarf von kohäsiven Lebensmittelrückständen im immergierten System zurückgeführt werden kann. Anhand von Reinigungsuntersuchungen in einer Fließzelle werden die Auswirkungen physikochemischer Schmutzparameter (z.B. elektrisches Potential, energetischer Zustand, Molekülgröße) von Proteinen und Stärken getestet, um Empfehlungen für eine ressourceneffiziente Reinigungspraxis abzuleiten. Die Vielfalt der physikochemischen Eigenschaften von Lebensmittelinhaltsstoffen wird durch gezielte Modifizierung (physikalisch, chemisch, enzymatisch) simuliert und unter Anwendung verschiedener Analysetechniken charakterisiert. Die vorgestellte Durchflusszelle ermöglicht vergleichende Untersuchungen zum Abtragsverhalten an einer Vielzahl von Verschmutzungen in verschiedenen Messkonfigurationen. Es konnten Prozessbedingungen (Fließrate, Temperatur) identifiziert werden und die Genauigkeit der Fließmethode durch Vergleich von spektroskopisch und gravimetrisch ermittelten Abtragswerten gezeigt werden. Die Reinigungsuntersuchungen an Polymerverschmutzungen zeigten eine deutliche Differenzierung hinsichtlich Polymerart und pH der Modifizierung und können auf Lifschitz van der Waals- oder elektrostatische Wechselwirkungen zurückgeführt werden. Die Auswirkungen hitzeinduzierter Strukturveränderungen und der Proteinvernetzung waren nicht signifikant. Der Grad der enzymatischen Stärkehydrolyse wurde über rheologische Messungen und den DE-Wert charakterisiert, wobei mit zunehmender Inkubationsdauer die Reinigungseffizienz in ähnlicher Weise zur Löslichkeit steigt. Die Anwendung eines Enzymreinigers aus Diastase verbesserte signifikant die Reinigungseffizienz von Stärke- sowie Dextrinverschmutzungen und es wurde eine Modellvorstellung abgeleitet, nach der geringer kationisch geladene, niederenergetische und niedermolekulare Rückstände einen kleineren Reinigungsbedarf erfordern.